JP6771694B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents
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Description
信号処理器は、設定された一定の時間ゲート幅のレンジビンで受信信号を分割するレンジビン分割器と、設定された一定のサンプリング点数でレンジビン分割器が分割した受信信号をフーリエ変換し、レンジビン分割器が分割したレンジビンごとの受信信号のスペクトルを算出する高速フーリエ変換処理器と、高速フーリエ変換処理器が算出したスペクトルから距離に対する信号対雑音比を求めるSNR算出器と、レンジビン分割器が分割したレンジビンについてSNR算出器が算出した信号対雑音比が閾値以下の場合、レンジビン分割器が分割したレンジビンのスペクトルとレンジビン分割器が分割したレンジビンに隣接する1つ以上のレンジビンのスペクトルとを時間ゲート幅を保ったまま積算する分解能変更器と、分解能変更器が積算したスペクトルから被放射物の風速を算出する風速算出器と、風速算出器が算出した風速値から風ベクトルを算出する風ベクトル算出器と、を備える。信号処理器は、さらに、SNR算出器が算出した信号対雑音比と回線計算式により推定した信号対雑音比とから積算すべきレンジビンの個数を算出するSNRモデル算出器と、高速フーリエ変換処理器が算出したスペクトルから風速算出器が算出した風速値を用いて風速勾配を算出し、算出した風速勾配が閾値以上、かつ、信号対雑音比が閾値以下のレンジビンについて、局所風モデルにより風速値を推定する風速モデル算出器と、を備える。分解能変更器は、SNRモデル算出器が算出した積算すべきレンジビンの個数にしたがって、かつ、風速モデル算出器が推定した風速値に対応するドップラーシフト成分同士が一致するように、レンジビンのスペクトルを積算する。
図1は、この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。
本レーザレーダ装置は、光発振器1(光発振器の一例)、光カプラ2、光変調器3(光変調器の一例)、光サーキュレータ4、光アンテナ5(光アンテナの一例)、スキャナ6、合波カプラ7、光受信器8(光受信器の一例)、A/D変換器9、信号処理器10(信号処理器の一例)、及び表示器11を備える。
信号処理器10は、レンジビン分割器101(レンジビン分割器の一例)、FFT処理器102(高速フーリエ変換処理器の一例)、積算器103、SNR算出器104(SNR算出器の一例)、分解能変更器105(分解能変更器の一例)、風速算出器106(風速算出器の一例)、風ベクトル算出器107(風ベクトル算出器の一例)、スキャナ制御器108を備える。
実施の形態2では、実施の形態1に対して、信号処理器10Bの処理内容と、信号処理器10B内のSNRモデル算出器109(SNRモデル算出器の一例)追加及び分解能変更器105Bの処理内容との点が異なり、積算すべきレンジビンの数を回線計算式から導出することで、計算試行回数を改善する。
実施の形態3では、実施の形態1、2に対して信号処理器10Cの処理内容の点で異なる。実施の形態3の信号処理器10Cでは、ガスト検知処理を加え、ガストのモデルを作成する。作成されたモデルにより、各距離の風速を導出し、スペクトルを重ねる際に中心周波数を各距離の推定風速値にずらしてから積算を行う。これにより、スペクトル幅を一定にできることから、より理論値に近くSNRを向上させることが可能となる。一方、得られたSNRが推定値よりも小さい場合はガストモデルが適合していない、すなわちガストがない、もしくはモデル自体が整合していないことを示唆しているため、測定不可と判断する。
以下、主に実施の形態2と異なる点について説明する。
図11(1)は、SNR算出器104が出力する、測定された距離―SNR特性を示す。閾値THSNR以上のSNRを有するレンジビンにおけるスペクトルを風速算出器106へ出力する。
図11(2)は、風速算出器106が出力した風速値に基づいて、風速モデル算出器110が、閾値THSNR以下のSNRを有するレンジビンにおいて推定した風速値を示す。風速モデル算出器110は、風速算出器106が出力した風速値を用いて推定した風速値を分解能変更器105Cに出力する。
図11(3)は、風速モデル算出器110が推定した風速値を用いて分解能変更器105Cが距離分解能の変更及びスペクトルの積算処理を行うことにより改善したSNRとSNRモデル算出器109で推定したSNRとを示す。分解能変更器105Cで改善したSNRとSNRモデル算出器109で推定したSNRとを比較することにより、風速モデル算出器110の風速推定の検証及びガストの存在有無を判断する。
図14(1)は、レンジビンRにおいて測定されたスペクトルを表す。ここでfd(R)は、ve(R)に対応している。
図14(2)は、レンジビンR+1において測定されたスペクトルを表す。ここでfd(R+1)は、ve(R+1)に対応している。
図14(3)は、fd(R)とfd(R+1)とを一致させるように周波数レンジビン番号をずらして積算したスペクトルである。具体的に説明すると、fd(R)の周波数ビン番号を7、fd(R+1)の周波数分番号を11とした場合、R+1の周波数ビン番号を−4して積算する。−4して負となる場合は、周波数ビン番号の最大値を加算する。周波数ビン番号の最大値が16の場合、以下のようにRの周波数ビン番号のスペクトル値とR+1の周波数ビン番号のスペクトル値とを積算する。
1 + 5
2 + 6
3 + 7
4 + 8
5 + 9
6 + 10
7(fd(R)) + 11(fd(R+1))
8 + 12
9 + 13
10 + 14
11 + 15
12 + 16
13 + 1
14 + 2
15 + 3
16 + 4
Claims (1)
- レーザ光を発振する光発振器と、
前記光発振器が発振したレーザ光を変調する光変調器と、
前記光変調器が変調したレーザ光を大気へ放射し、被放射物からの散乱光を受信光として受信する光アンテナと、
前記光アンテナが受信した受信光をヘテロダイン検波する光受信器と、
前記光受信器がヘテロダイン検波することにより得られた受信信号のスペクトルをレンジビンごとに算出し、前記レンジビンの信号対雑音比を算出し、前記信号対雑音比が閾値以下の場合、前記レンジビンのスペクトルと前記レンジビンに隣接する1つ以上のレンジビンのスペクトルとを積算する信号処理器と、
を備え、
前記信号処理器は、
設定された一定の時間ゲート幅のレンジビンで前記受信信号を分割するレンジビン分割器と、
設定された一定のサンプリング点数で前記レンジビン分割器が分割した前記受信信号をフーリエ変換し、前記レンジビン分割器が分割したレンジビンごとの前記受信信号のスペクトルを算出する高速フーリエ変換処理器と、
前記高速フーリエ変換処理器が算出したスペクトルから距離に対する前記信号対雑音比を求めるSNR算出器と、
前記レンジビン分割器が分割したレンジビンについて前記SNR算出器が算出した前記信号対雑音比が前記閾値以下の場合、前記レンジビン分割器が分割した前記レンジビンのスペクトルと前記レンジビン分割器が分割した前記レンジビンに隣接する1つ以上のレンジビンのスペクトルとを前記時間ゲート幅を保ったまま積算する分解能変更器と、
前記分解能変更器が積算したスペクトルから前記被放射物の風速を算出する風速算出器と、
前記風速算出器が算出した風速値から風ベクトルを算出する風ベクトル算出器と、
を備え、
前記信号処理器は、さらに、
前記SNR算出器が算出した信号対雑音比と回線計算式により推定した信号対雑音比とから積算すべきレンジビンの個数を算出するSNRモデル算出器と、
前記高速フーリエ変換処理器が算出したスペクトルから前記風速算出器が算出した風速値を用いて風速勾配を算出し、算出した前記風速勾配が閾値以上、かつ、信号対雑音比が閾値以下のレンジビンについて、局所風モデルにより風速値を推定する風速モデル算出器と、
を備え、
前記分解能変更器は、前記SNRモデル算出器が算出した積算すべきレンジビンの個数にしたがって、かつ、前記風速モデル算出器が推定した風速値に対応するドップラーシフト成分同士が一致するように、レンジビンのスペクトルを積算する、
ことを特徴とするレーザレーダ装置。
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